Celfysiologie
Hoofdstuk 1: transmembranair transport
Ionenverdeling
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
Je hebt het total body water/ fluid (TBW) dat onderverdeeld kan worden in 2 belangrijke
componenten:
- ICF = intracellulaire vloeistof = vloeistof die zich binnen het plasmamembraan van de cellen
bevindt ~ 60% van TBW
- ECF = extracellulaire vloeistof = vloeistof die zich buiten het plasmamembraan van de cellen
bevindt ~ 40% van TBW
Daarnaast heb je ook de interstitiële vloeistof = alle vloeistof tussen de cellen in ~ 75% van ECF
- PV = plasma volume = gedeelte van het bloed buiten de cellen
- Hematocriet = fractie van bloed dat cellen zijn
- BV = bloed volume = PV/(1 – Hct) → verdeeld onder PV en BV
- Transcellulaire vloeistof = vloeistof in bepaalde specifieke compartimenten, bv: ventrikels van
de hersenen
→ ICF = K+ rijker
→ Interstit. vloeistof = Na+ rijker
→ bloedplasma ~ interstit. vloeistof
→ transcell. vloeistof ~ ECF of variabel
,Membranen
Transmembranaire flux van ionen
Veel processen: van belang dat er ionen gaan stromen doorheen membraan: doorheen kanalen en
doorheen transporters
Hoe stromen ionen en waarom?
- Een geladen deeltjes: de richting waarin het stroomt hangt af van: concentratiegradiënt en
membraanpotentiaal Vm (= spanning over het membraan)
→ positief geladen deeltje over negatieve membraanpotentiaal: aangetrokken
→ negatief geladen deeltje over negatieve membraanpotentiaal: afgestoten
- Delta G = verandering in vrije energie
o Negatief: reactie verloopt spontaan
o Positief: omgekeerde reactie gaat op
o = 0: reacties zijn in evenwicht
G = G c + CG
- G = RT ln i m
+ zFVm
CCoi
G = RT ln + zFVm
Co C
G = RT 2.304 log i + zFVm
→ praktisch en zonderCrekenmachine:
o
Ci
G 6000 log + z 100 Vm (in J mol-1 )
RT C
[ X i o]
EX = − ln
- Evenwichtspotentiaal
zF [ X o ] = membraanpotentiaal Vm waarbij de delta G voor het ion gelijk is aan
0
RT [ X o ]
X =
(Edelta G = 0lnstellen)
zF
RT [[XXii]]
EX = − ln
RTzF [ X o ] [ X o ]
EX = 2.304 log
zF en zonder [rekenmachine:
→ praktisch Xi ]
60 [X ]
EX log o (in mV)
z [Xi ]
- Drijvende kracht: Vm – EX = geeft weer in welke richting geladen deeltjes zullen stromen
o Positief = stroom is positief = uitwaartse elektrische stroom → efflux kationen/ influx
anionen
o Negatief = stroom is negatief = inwaartse elektrische stroom → influx kationen/ efflux
anionen
o = 0 → delta G = 0 → netto geen beweging, evenwicht is bereikt →
membraanpotentiaal = evenwichtspotentiaal
Permeabiliteit
De fosfolipiden dubbellaag is niet even permeabel voor alle stoffen, het is bv impermeabel voor
ionen. Dit is omdat anders de ionen gewoon kunnen diffunderen totdat ze hun evenwicht hebben
gevonden en dat is niet de bedoeling. Er zijn namelijk heel wat gradiënten in de cel aanwezig die
essentieel zijn.
Hoe worden deze gradiënten opgebouwd? Mbv ATP-gedreven pompen (= ATPasen)
,Deze gradiënten worden dan weer gebruikt om bepaalde processen aan te drijven, zoals bv
gefaciliteerde diffusie (= het verplaatsen van ionen en elektrische signalen).
Kanalen
Gefaciliteerde diffusie = op gecontroleerde wijze ionen of andere polaire stoffen van de ene naar de
andere kant brengen
Kanalen → schakelmechanisme; afwisselend open en toe en hebben een hoge doorstroom van
elementen als ze open zijn
Ionenkanalen hebben wederkerende structuren:
3-6 cilindervormige structuren rond een centrale opening → soort buis gevormd doorheen
fosfolipidendubbellaag. Waarom? Vetzuurstaarten stoten ionen af, maar als deze doorheen
een buis bewegen hebben ze hier geen last van.
Voorbeelden:
- Connexines → speciale functie: cellen met elkaar verbinden dmv gap junctions channels
vormen
o Gap junction = kanaal dat doorloopt van cytosol ene cel naar andere cel, wordt
opgebouwd uit connexonen = gedeelte in 1 membraan = hexameer
→ andere connexon uit andere cel worden gekoppeld aan ene connexon → kanaal
gevormd tussen de 2 cellen: informatie en elektrische signalen doorgeven
o Stroom meten van ene cel naar andere cel:
In ene cel uitwaartse elektrische stroom = andere cel inwaartse elektrische stroom
- Voltage gated kationen superfamilie
Superfamilie = oer ionenkanaal: dat door duplicaties en mutaties → veel varianten met
verschillende eigenschappen maar zelfde basisprincipe
Bouwstenen:
o Kanaal: 2 transmembranaire domeinen met een porieloop
→ 4 subeenheden die een kanaal vormen ~ porie
o Gating: 4e domein draagt positieve ladingen
→ dit transmembranaire domein kan hierdoor bewegen oiv het elektrische veld
→ deze twee kenmerken zijn door evolutie aan elkaar gekoppeld
Binnen de familie kan je verschillende subgroepen herkennen
o Spanningsgeschakelde K kanalen
o Ca geactiveerde K kanalen (kleine weerstand)
o Ca geactiveerde K kanalen (grote weerstand)
o Hyperpolarization-geactiveerde cyclic-nucleotide-gated kanaal
o Cyclic-nucleotide-gated kanaal
o TRP kanaal
o CatSper Ca kanaal (= Ca kanalen in spermacellen)
o Veel soorten Na en K kanalen
→ 4-voudige symmetrie = bestaan uit 4 gelijkaardige of identieke eenheden
- ENaC = epitheliale Na kanaal
→ trimeer kanaal
, - Ligand-geschakelde kanalen
→ trimeren
→ glutamaat receptoren = trimeren
→ nAch receptoren = pentameren
- Chloride kanalen = anionenkanalen
o CFTR = komt voor in epitheelcellen in de longen, darmen en pancreas
→ Cl transport loopt gelijk met vloeistof transport
→ speelt rol bij mucoviscidose (taaislijmziekte)
o CIC = komt voor bij spiercellen
→ dimeren
o CACC = Ca activated Cl channelsµ
- Calcium release channels
o IP3 activated Ca kanaal → door activatie wordt Ca uit ER vrijgezet
o Ryanodine receptor → tetrameren
- Store operated channels
→ Orai en Stim
→ openen als ER leegstroomt
→ hexameren
- Piezo’s = mechanogevoelig
- TMC kanalen = mechanogevoelig in het oor
- …
Poriën → geen schakelmechanisme; ze zijn altijd open en hebben dus een hoge stroom van ionen of
water
- Aquaporines → laten water door
- Perforines → niet-selectieve ionenkanalen die door T-cellen worden aangemaakt → vrijzetten
om membranen te perforeren → cel kapot gemaakt doordat deze leeg loopt
Transporters
- Uniporters → doorgeefluik adhv conformatieverandering
- SLC superfamilie
- Co transporters
o Hoe werken deze? In welke richting werkt deze? → delta G ~ in welke richting wat
wordt getransporteerd
o Delta G van hele transportcyclus: vb
→ N = aantal Na ionen
→ Delta G is negatief: werkt in aangegeven richting
→ Delta G is positief: omgekeerde richting
Hoofdstuk 1: transmembranair transport
Ionenverdeling
Vloeistofcompartimenten en hun samenstelling
Je hebt het total body water/ fluid (TBW) dat onderverdeeld kan worden in 2 belangrijke
componenten:
- ICF = intracellulaire vloeistof = vloeistof die zich binnen het plasmamembraan van de cellen
bevindt ~ 60% van TBW
- ECF = extracellulaire vloeistof = vloeistof die zich buiten het plasmamembraan van de cellen
bevindt ~ 40% van TBW
Daarnaast heb je ook de interstitiële vloeistof = alle vloeistof tussen de cellen in ~ 75% van ECF
- PV = plasma volume = gedeelte van het bloed buiten de cellen
- Hematocriet = fractie van bloed dat cellen zijn
- BV = bloed volume = PV/(1 – Hct) → verdeeld onder PV en BV
- Transcellulaire vloeistof = vloeistof in bepaalde specifieke compartimenten, bv: ventrikels van
de hersenen
→ ICF = K+ rijker
→ Interstit. vloeistof = Na+ rijker
→ bloedplasma ~ interstit. vloeistof
→ transcell. vloeistof ~ ECF of variabel
,Membranen
Transmembranaire flux van ionen
Veel processen: van belang dat er ionen gaan stromen doorheen membraan: doorheen kanalen en
doorheen transporters
Hoe stromen ionen en waarom?
- Een geladen deeltjes: de richting waarin het stroomt hangt af van: concentratiegradiënt en
membraanpotentiaal Vm (= spanning over het membraan)
→ positief geladen deeltje over negatieve membraanpotentiaal: aangetrokken
→ negatief geladen deeltje over negatieve membraanpotentiaal: afgestoten
- Delta G = verandering in vrije energie
o Negatief: reactie verloopt spontaan
o Positief: omgekeerde reactie gaat op
o = 0: reacties zijn in evenwicht
G = G c + CG
- G = RT ln i m
+ zFVm
CCoi
G = RT ln + zFVm
Co C
G = RT 2.304 log i + zFVm
→ praktisch en zonderCrekenmachine:
o
Ci
G 6000 log + z 100 Vm (in J mol-1 )
RT C
[ X i o]
EX = − ln
- Evenwichtspotentiaal
zF [ X o ] = membraanpotentiaal Vm waarbij de delta G voor het ion gelijk is aan
0
RT [ X o ]
X =
(Edelta G = 0lnstellen)
zF
RT [[XXii]]
EX = − ln
RTzF [ X o ] [ X o ]
EX = 2.304 log
zF en zonder [rekenmachine:
→ praktisch Xi ]
60 [X ]
EX log o (in mV)
z [Xi ]
- Drijvende kracht: Vm – EX = geeft weer in welke richting geladen deeltjes zullen stromen
o Positief = stroom is positief = uitwaartse elektrische stroom → efflux kationen/ influx
anionen
o Negatief = stroom is negatief = inwaartse elektrische stroom → influx kationen/ efflux
anionen
o = 0 → delta G = 0 → netto geen beweging, evenwicht is bereikt →
membraanpotentiaal = evenwichtspotentiaal
Permeabiliteit
De fosfolipiden dubbellaag is niet even permeabel voor alle stoffen, het is bv impermeabel voor
ionen. Dit is omdat anders de ionen gewoon kunnen diffunderen totdat ze hun evenwicht hebben
gevonden en dat is niet de bedoeling. Er zijn namelijk heel wat gradiënten in de cel aanwezig die
essentieel zijn.
Hoe worden deze gradiënten opgebouwd? Mbv ATP-gedreven pompen (= ATPasen)
,Deze gradiënten worden dan weer gebruikt om bepaalde processen aan te drijven, zoals bv
gefaciliteerde diffusie (= het verplaatsen van ionen en elektrische signalen).
Kanalen
Gefaciliteerde diffusie = op gecontroleerde wijze ionen of andere polaire stoffen van de ene naar de
andere kant brengen
Kanalen → schakelmechanisme; afwisselend open en toe en hebben een hoge doorstroom van
elementen als ze open zijn
Ionenkanalen hebben wederkerende structuren:
3-6 cilindervormige structuren rond een centrale opening → soort buis gevormd doorheen
fosfolipidendubbellaag. Waarom? Vetzuurstaarten stoten ionen af, maar als deze doorheen
een buis bewegen hebben ze hier geen last van.
Voorbeelden:
- Connexines → speciale functie: cellen met elkaar verbinden dmv gap junctions channels
vormen
o Gap junction = kanaal dat doorloopt van cytosol ene cel naar andere cel, wordt
opgebouwd uit connexonen = gedeelte in 1 membraan = hexameer
→ andere connexon uit andere cel worden gekoppeld aan ene connexon → kanaal
gevormd tussen de 2 cellen: informatie en elektrische signalen doorgeven
o Stroom meten van ene cel naar andere cel:
In ene cel uitwaartse elektrische stroom = andere cel inwaartse elektrische stroom
- Voltage gated kationen superfamilie
Superfamilie = oer ionenkanaal: dat door duplicaties en mutaties → veel varianten met
verschillende eigenschappen maar zelfde basisprincipe
Bouwstenen:
o Kanaal: 2 transmembranaire domeinen met een porieloop
→ 4 subeenheden die een kanaal vormen ~ porie
o Gating: 4e domein draagt positieve ladingen
→ dit transmembranaire domein kan hierdoor bewegen oiv het elektrische veld
→ deze twee kenmerken zijn door evolutie aan elkaar gekoppeld
Binnen de familie kan je verschillende subgroepen herkennen
o Spanningsgeschakelde K kanalen
o Ca geactiveerde K kanalen (kleine weerstand)
o Ca geactiveerde K kanalen (grote weerstand)
o Hyperpolarization-geactiveerde cyclic-nucleotide-gated kanaal
o Cyclic-nucleotide-gated kanaal
o TRP kanaal
o CatSper Ca kanaal (= Ca kanalen in spermacellen)
o Veel soorten Na en K kanalen
→ 4-voudige symmetrie = bestaan uit 4 gelijkaardige of identieke eenheden
- ENaC = epitheliale Na kanaal
→ trimeer kanaal
, - Ligand-geschakelde kanalen
→ trimeren
→ glutamaat receptoren = trimeren
→ nAch receptoren = pentameren
- Chloride kanalen = anionenkanalen
o CFTR = komt voor in epitheelcellen in de longen, darmen en pancreas
→ Cl transport loopt gelijk met vloeistof transport
→ speelt rol bij mucoviscidose (taaislijmziekte)
o CIC = komt voor bij spiercellen
→ dimeren
o CACC = Ca activated Cl channelsµ
- Calcium release channels
o IP3 activated Ca kanaal → door activatie wordt Ca uit ER vrijgezet
o Ryanodine receptor → tetrameren
- Store operated channels
→ Orai en Stim
→ openen als ER leegstroomt
→ hexameren
- Piezo’s = mechanogevoelig
- TMC kanalen = mechanogevoelig in het oor
- …
Poriën → geen schakelmechanisme; ze zijn altijd open en hebben dus een hoge stroom van ionen of
water
- Aquaporines → laten water door
- Perforines → niet-selectieve ionenkanalen die door T-cellen worden aangemaakt → vrijzetten
om membranen te perforeren → cel kapot gemaakt doordat deze leeg loopt
Transporters
- Uniporters → doorgeefluik adhv conformatieverandering
- SLC superfamilie
- Co transporters
o Hoe werken deze? In welke richting werkt deze? → delta G ~ in welke richting wat
wordt getransporteerd
o Delta G van hele transportcyclus: vb
→ N = aantal Na ionen
→ Delta G is negatief: werkt in aangegeven richting
→ Delta G is positief: omgekeerde richting
